Un compensador estático de reactivos (SVC) combina reactores controlados por tiristores, bancos de capacitores y filtros. IEEE C37.99-2000 (cláusulas 9.3 y 9.4) indica que su protección se reparte en zonas y que la guía aplica a los bancos fijos o conmutados por tiristores (TSC) que forman parte del SVC. Los armónicos del TCR exigen relés de valor eficaz verdadero para los reactores y de pico para los capacitores.
Respuesta corta
Un compensador estático de reactivos, o SVC, compensa potencia reactiva con rapidez para mantener el perfil de tensión y mejorar la estabilidad del sistema. En instalaciones industriales, el SVC con filtros también reduce el parpadeo (flicker) de tensión. Sus capacitores forman parte del equipo: bancos fijos o bancos conmutados por tiristores (TSC, por thyristor-switched capacitor), junto con los reactores controlados por tiristores (TCR, por thyristor-controlled reactor) y los filtros de armónicos.
IEEE C37.99-2000 (cláusulas 9.3 y 9.4) dice que la protección de un SVC combina relés convencionales con funciones del propio sistema de control del SVC, y que la guía aplica por igual a los bancos fijos o TSC integrados en el SVC. Para ellos valen las cláusulas 7 y 8 de la norma, más los métodos adicionales de la Figura 44 y la Tabla 14.
De qué partes consta un SVC
El SVC típico de la norma (Figura 43) tiene:
- Interruptor principal y reactor principal con interruptor de tiristores.
- Bancos de capacitores con su interruptor.
- Reactores de filtro y filtros de armónicos de tercer, quinto y séptimo orden.
- Transformadores de corriente y de tensión.
- Controlador electrónico.
La protección se organiza por zonas: el transformador reductor, las barras de baja tensión, las ramas de reactor, las ramas de capacitor, los filtros y los tiristores. Los relés convencionales cubren parte de ellas y las funciones de protección del control cubren el resto.
Protecciones sugeridas por la norma
La Tabla 14 de IEEE C37.99-2000 resume los métodos sugeridos:
| Zona | Dispositivo | Función | Nota de la norma |
|---|---|---|---|
| TSC | 60 C | Desbalance | Medición de desbalance con puente H |
| TSC y TCR | 50/51 | Sobrecorriente | Fallas de rama y sobrecargas de los reactores limitadores |
| TCR | 46 | Secuencia negativa | Desbalance |
| TSC y TCR | 60 | Desbalance de secuencia cero entre fases | Desbalance, en lugar de la 46 |
| TSC | 59 | Sobrecarga | Sobretensión del capacitor medida con la corriente |
| TSC y TCR | 50N | Sobrecorriente de tierra | Fallas de rama |
La Figura 44 muestra el desbalance de los capacitores en modo TSC: un relé de desbalance en cada rama de la delta (60-1, 60-2 y 60-3) y una protección de secuencia negativa (46) conectada a los transformadores de corriente.
Lo propio del TSC: conmutación y armónicos
Reactor en serie y falla de la válvula
Los bancos TSC llevan reactores con núcleo de aire en serie, que limitan la corriente de entrada producida por la conmutación de los tiristores. La norma pide que la selección y el ajuste de la sobrecorriente consideren una falla de disparo de la válvula del TSC, con la magnitud y la duración de las corrientes de entrada y de salida. También deben coordinarse con las demás funciones del control.
Armónicos
Los armónicos son un factor importante para proteger los capacitores en modo TSC. Los generan los reactores controlados por tiristores (TCR) y otras distorsiones inusuales, como las que producen las perturbaciones geomagnéticas. La norma pide que los tipos y ajustes de la protección de sobrecorriente y de sobretensión consideren esos efectos. En concreto:
- Relés de sobrecorriente de valor eficaz verdadero para proteger los reactores limitadores contra sobrecargas.
- Relés de tensión que midan el valor pico para proteger los capacitores contra sobretensiones.
Para medir la distorsión que producen los tiristores puede usar nuestra herramienta gratuita de distorsión armónica (THD).
Filtros del SVC
Los elementos de conmutación del SVC producen armónicos que pueden requerir filtros. Una unidad de seis pulsos tiene tres TCR conectados en delta. En régimen balanceado, inyecta al sistema armónicos impares: el quinto, el séptimo, el undécimo y el decimotercero.
La eficacia del filtrado depende sobre todo de la impedancia del sistema, que se representa con el lugar geométrico R-X. Esa impedancia puede determinar la necesidad de filtros adicionales, sencillos o doblemente sintonizados. A frecuencia del sistema, los filtros se comportan como un banco de capacitores y generan potencia reactiva.
Un banco de filtros incluye varias zonas de protección. La norma lista las funciones representativas de una de ellas:
- Diferencial.
- Sobrecorriente de fase y de tierra.
- Sobretensión.
- Desbalance de capacitores.
- Sobrecarga.
Algunos de los métodos de las cláusulas 7 y 8 aplican a estos filtros. Pero la protección de desbalance puede ser más exigente según la configuración del filtro (sintonizado a una frecuencia o a varias) y la tensión del sistema al que se conecta. Los detalles de esas protecciones, incluidos los filtros de una y de varias frecuencias, están en la cláusula 9.1 y 9.2 de la norma.
La protección de un filtro sintonizado se detalla en protección de filtros de armónicos.
Qué se toma del resto de la norma
Como la guía aplica por igual a los bancos del SVC, lo que dice sobre un banco en derivación sigue valiendo para sus capacitores:
- La protección de desbalance de la cláusula 8, según la conexión del banco y el tipo de fusibles, con el desbalance natural del banco y el del sistema que la señal debe distinguir.
- La protección contra la sobretensión del sistema, que saca el banco cuando la tensión supera lo que soportan los capacitores. La función de apoyo se explica en protección de sobretensión 59.
- La falla del interruptor del banco y los pararrayos, con el mismo criterio que en un banco de subestación.
La diferencia está en que el SVC mide y controla el banco con su propio sistema de control, por lo que las protecciones convencionales y las del control deben coordinarse entre sí.
De las cláusulas 7 y 8 aplican la protección de tensión del banco (59, 59B y 27B), la sobrecorriente y falla de interruptor en un banco y, para la maniobra de los capacitores, la maniobra de un banco.
Errores frecuentes
- Pasar por alto los armónicos en un TSC. Los TCR y la conmutación cambian la corriente y la tensión que soportan los capacitores.
- Medir mal la magnitud en cada elemento. La norma pide valor eficaz verdadero para los reactores limitadores y medida de pico para los capacitores.
- Ajustar la sobrecorriente sin considerar una falla de la válvula. La corriente de entrada y de salida resultante debe coordinar con el control.
- Diseñar el filtro sin la impedancia del sistema. La eficacia del filtro depende del lugar geométrico R-X.
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Referencias
- IEEE Std C37.99-2000, IEEE Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks, cláusulas 9.3 y 9.4, Figuras 43 y 44, Tabla 14.
- IEEE Std 1531, IEEE Guide for Application and Specification of Harmonic Filters.
Preguntas frecuentes
¿Qué es un TSC y por qué lleva un reactor en serie?
Es un banco de capacitores que se conecta y desconecta con tiristores. Según IEEE C37.99-2000, los bancos en modo TSC llevan reactores con núcleo de aire en serie para limitar la corriente de entrada generada por la conmutación de los tiristores.
¿Qué relé mide la sobretensión de un capacitor en un SVC con armónicos?
La norma indica relés de tensión que miden el valor pico para proteger a los capacitores, y relés de sobrecorriente de valor eficaz verdadero para proteger de la sobrecarga a los reactores limitadores en serie.
¿Por qué un SVC necesita filtros de armónicos?
Porque los elementos de conmutación del SVC producen armónicos. Con tres reactores controlados en delta (unidad de seis pulsos), se inyectan armónicos impares como el quinto, el séptimo, el undécimo y el decimotercero. La necesidad y el tipo de filtro dependen de la impedancia del sistema.